DE19922509A1 - Device for spraying fuel, preferably natural gas, and/or oxygen into an arc furnace has feed pipes for the natural gas and oxygen with various chambers and supports - Google Patents
Device for spraying fuel, preferably natural gas, and/or oxygen into an arc furnace has feed pipes for the natural gas and oxygen with various chambers and supportsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Eindüsung von Brennstoff und/oder Sauerstoff in einen metallurgischen Schmelzofen.The invention relates to a device and a method for injecting Fuel and / or oxygen in a metallurgical furnace.
Weltweit geht in den letzten Jahren der Trend dahin, für die Stahlerzeugung verstärkt den Lichtbogenofen zu nutzen. Die Leistungsfähigkeit und damit die Produktivität sowie die Wirtschaftlichkeit der Lichtbogenöfen wurde zunehmend gesteigert.The trend for steel production has been going around the world in recent years increasingly use the arc furnace. The performance and thus the Productivity as well as the economy of the arc furnaces was increasing increased.
Die Entwicklung des Schmelzprozesses in Lichtbogenöfen wurde beeinflußt durch den Einsatz von Brennstoff/Sauerstoff-Brennern. Neben dem Einsatz dieser Brenner ist die Entwicklung des Schmelzprozesses von den Faktoren Sauerstoffverbrauch, dem zunehmenden Einsatz von fossilen Brennstoffen als Kohlenstoffträger, der Nutzung von verunreinigten Schrotten und einem stärkeren Umweltbewußtsein beeinflußt worden.The development of the melting process in arc furnaces was influenced through the use of fuel / oxygen burners. In addition to use this burner is the evolution of the melting process from the factors Oxygen consumption, the increasing use of fossil fuels as Carbon carrier, the use of contaminated scrap and a greater environmental awareness.
Um den spezifischen Elektroenergieverbrauch im Lichtbogenofen senken zu können, müssen vorrangig die Abgasverluste, auf die bis zu 30% der eingebrachten Energie entfallen, reduziert werden. Das Abgas der Lichtbogenöfen enthält einen bedeutenden Betrag an chemischer und thermischer Energie von unvollkommen verbrannten Komponenten wie Kohlenmonoxid (CO); Wasserstoff (H2) und andere Radikalen (Cm Hn). Die unverbrannten Komponenten entstehen in der Startphase des Einschmelzens, wenn Öl, Fett und andere in Schrott enthaltene Materialien sowie fossile Brennstoffe verbrennen. In den meisten Fällen ist nicht genügend Sauerstoff im Inneren des Lichtbogenofens verfügbar, so daß z. B. Kohlenstoff nur zu CO oxidiert wird.In order to be able to reduce the specific electrical energy consumption in the electric arc furnace, the exhaust gas losses, which account for up to 30% of the energy input, have to be reduced. The arc furnace exhaust contains a significant amount of chemical and thermal energy from imperfectly burned components such as carbon monoxide (CO); Hydrogen (H 2 ) and other radicals (C m H n ). The unburned components arise in the initial phase of melting, when oil, fat and other materials contained in scrap as well as fossil fuels burn. In most cases there is not enough oxygen available inside the arc furnace, so that e.g. B. carbon is only oxidized to CO.
Die vollständige Verbrennung der einzelnen Komponenten im Lichtbogenofen wird beim Einschmelzen von Schrott erschwert, da infolge des Schrotthaufwerkes, das sich nach dem Chargieren im Lichtbogenofen befindet, z. T. nur kleine Verbrennungsräume zur Verfügung stehen und sich die feuerungstechnischen Randbedingungen ständig ändern.The complete combustion of the individual components in the arc furnace is made more difficult when melting scrap, as a result of the Scrap pile, which is in the arc furnace after charging, e.g. T. only small combustion rooms are available and the constantly change the firing constraints.
Der Verbrennungsablauf wird dabei im wesentlichen durch die Mischung zwischen brennbaren Komponenten und dem Oxidationsmedium bestimmt. Hieraus ergibt sich die Forderung, eine wirksame, d. h. intensive Gemischbildung zu schaffen, um einen optimalen Ausbrand zu erreichen.The combustion process is essentially due to the mixture between combustible components and the oxidizing medium. From this arises the requirement that an effective, i.e. H. intense To create a mixture in order to achieve an optimal burnout.
Aus der DE 36 29 055 C2 ist es bekannt, mehrere Aufblasvorrichtungen für Sauerstoff im oberen Bereich des Lichtbogenofens anzuordnen, so daß durch die dabei entstehende intensive Sauerstoffströmung die aus dem Schrott stammenden unverbrannten Komponenten verbrannt wurden. Die Sauerstoffaufblasvorrichtungen werden so eingestellt, daß die Strömungsgeschwindigkeiten des Sauerstoffs mindestens Schallgeschwindigkeit beträgt. Zur Erzeugung von Strömungsgeschwindigkeiten größer Schallgeschwindigkeit sind Lavaldüsen einzusetzen, bei denen die Druckenergie in Geschwindigkeit umgesetzt wird. Als Nachteile ergeben sich hohe Herstellungskosten für die Aufblasvorrichtungen und ungenügende Strömungsverhältnisse bei Verspritzungen, da die Lavaldüsen nur in sauberem Zustand in einem engen Bereich optimal arbeiten. Des weiteren werden durch den hohen Schutzgasbedarf zum Freihalten der Lavaldüsen hohe Betriebskosten verursacht. Ferner werden durch die gewählte Ausführung der Düsen von mindestens Schallgeschwindigkeit hohe Sauerstoff-Impulsströme erzeugt, die zur Zerstörung der benachbarten wassergekühlten Ofenpanel führen. From DE 36 29 055 C2 it is known to have several inflators for To arrange oxygen in the upper area of the arc furnace, so that by the resulting intense oxygen flow from the scrap originating unburned components were burned. The Oxygen inflators are set so that the Oxygen flow rates at least Speed of sound is. To generate Flow velocities greater than the speed of sound are Laval nozzles use, where the pressure energy is converted into speed. The disadvantages are high manufacturing costs for the Inflators and insufficient flow conditions Splashes, because the Laval nozzles only in a clean condition in a narrow Work optimally. Furthermore, the high Shielding gas requirement to keep the Laval nozzles free high operating costs caused. Furthermore, by the selected design of the nozzles of at least the speed of sound produces high oxygen pulse currents that lead to the destruction of the adjacent water-cooled oven panel.
In der EP 0 627 492 B1 ist eine Einblasdüse für Sauerstoff beschrieben, die eine Baugruppe aufweist, bestehend aus einem länglichen Körper mit einer Hauptrichtung, welche den Gaseingangsdurchtritt festlegt, der mit einem Kanal zur Versorgung mit Sauerstoff verbindbar ist und einem Kopf, welcher den Gasausgangsdurchtritt festlegt. Die Einblasdüsen enden mit einem bestimmten Winkel in der Ofenwand des Lichtbogenofens. Diese Form der Einblasdüse hat den Nachteil, daß große Schutzgasmengen in Form von Sauerstoff oder Luft benötigt werden, um ein Verstopfen des Gasausgangsdurchtrittes zu vermeiden. Wird Sauerstoff als Schutzgas verwendet, entstehen hohe Betriebskosten. Beim Einsatz von Luft als Schutzgas zum Freihalten des Gasausgangsdurchtrittes kommt es neben zusätzlichen Kosten für die Regel- und Sicherheitstechnik aufgrund der hohen Durchsätze an Luft zu wärmetechnischen Verlusten im Lichtbogenofen, die einen höheren Energieverbrauch zur Folge haben.EP 0 627 492 B1 describes an injection nozzle for oxygen which has an assembly consisting of an elongated body with a Main direction, which defines the gas inlet passage, that with a channel is connectable to the supply of oxygen and a head, which the Specifies gas outlet passage. The injection nozzles end with a certain one Angle in the furnace wall of the arc furnace. Has this shape of the injector the disadvantage that large amounts of protective gas in the form of oxygen or air are needed to block the gas outlet passage avoid. If oxygen is used as a protective gas, high temperatures are generated Operating cost. When using air as a protective gas to keep the Gas outlet passage there are additional costs for the regular and safety technology due to the high throughputs in air thermal losses in the arc furnace, the higher Result in energy consumption.
In der US 5 572 544 wird ein Lichtbogenofen-Nachverbrennungsverfahren offenbart, bei dem Sauerstoff zur Nachverbrennung von unvollkommen verbrannten Komponenten über eine Lanze, die durch die Ofentür geführt wird, eingedüst wird. Nachteilig bei der Positionierung der Sauerstoff-Lanze durch die Ofentür ist es, daß sehr große Falschluftmengen, die beim Schmelzprozeß durch die Ofentür in den Lichtbogenofen einströmen, an der Nachverbrennung teilnehmen. Bedingt durch den hohen Stickstoffballast der Falschluft stellen sich niedrige Flammentemperaturen der Nachverbrennung ein, weil der inerte Stickstoff aufgewärmt werden muß. In der Folge vermindern sich sowohl der Nachverbrennungswirkungsgrad als auch der Wärmeübergang durch Strahlung, so daß die Einsparungen elektrischer Energie in kWh/t je eingesetzten m3 Sauerstoff reduziert wird.US Pat. No. 5,572,544 discloses an arc furnace afterburning method in which oxygen for the afterburning of imperfectly burned components is injected via a lance which is passed through the furnace door. A disadvantage of positioning the oxygen lance through the furnace door is that very large quantities of false air which flow through the furnace door into the arc furnace during the melting process take part in the afterburning. Due to the high nitrogen ballast of the false air, low flame temperatures of the afterburning occur because the inert nitrogen has to be warmed up. As a result, both the post-combustion efficiency and the heat transfer by radiation are reduced, so that the savings in electrical energy in kWh / t per m 3 of oxygen used are reduced.
Die bisher bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Nachverbrennung im Lichtbogenofen erfüllen die gestellten Forderungen in Bezug auf niedrige Betriebskosten für die Schutzgasmengen zum Freihalten der Lanzen und hohen Nachverbrennungsgraden bei gleichzeitig hoher Wärmeübertragung durch Strahlung während einer längeren Ofenreise nur unzureichend. The previously known devices and methods for afterburning in Arc furnaces meet the requirements in terms of low Operating costs for the shielding gas quantities to keep the lances and high degrees of post-combustion with high heat transfer insufficient due to radiation during a long furnace journey.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des genannten Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Eindüsung von Brennstoff und/oder Sauerstoff in einen metallurgischen Schmelzofen, insbesondere Lichtbogenofen, zu schaffen, die es ermöglichen, die Schutzgasmenge und damit die Betriebskosten für das Schutzgas zum Freihalten der Vorrichtung zu senken, die Schmelzleistung des Ofens zu steigern und bei verstärktem Einsatz von kostengünstigen Schrotten und Brennstoffen durch hohe Nachverbrennungswirkungsgrade bei gleichzeitig hoher Wärmeübertragung durch Strahlung zur Einsparung von insbesondere Elektroenergie beizutragen.The invention has for its object the disadvantages of the above To overcome the prior art and an apparatus and a method for injecting fuel and / or oxygen into a metallurgical To create a melting furnace, in particular an arc furnace, which makes it possible to the amount of shielding gas and thus the operating costs for the shielding gas Keep the device free to lower the melting performance of the furnace increase and with increased use of inexpensive scrap and Fuels through high post-combustion efficiency at the same time high heat transfer by radiation to save in particular To contribute to electrical energy.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Eindüsung von Brennstoff und/oder Sauerstoff in einen metallurgischen Schmelzofen, insbesondere Lichtbogenofen gelöst, welche Vorrichtung eine Zuführungsleitung für Brennstoff, einen Zuführungskanal für Brennstoff und mindestens eine schräg angeordnete Bohrung für Brennstoff, eine Zuführungsleitung für Sauerstoff, eine Druckkammer, in der sich ein Stempel befindet, mindestens eine Durchtrittsbohrung, einen Umlenkraum für Sauerstoff, einen Zuführungskanal für Sauerstoff, eine Kammer mit mindestens einer schräg angeordneten Öffnung, eine Austrittsdüse, eine axialen Kolbenstange mit einem Verschlußteil, ein Abstützelement, z. B. eine Buchse, eine Ausgleichskammer, die ein elastisches Mittel enthält, eine Entlastungsöffnung, die mit einem Zylinder in Verbindung steht, eine Zuführungsleitung für Kühlwasser, einen wassergekühlten Trakt und eine Abführungsleitung für Kühlwasser aufweist, wobei der über die Zuführungsleitung einströmende Sauerstoff die Austrittsdüse eigenmediumgesteuert durch Druck auf den Stempel, Bewegung der axialen Kolbenstange und des Verschlußteils in Richtung der Entlastungsöffnung und damit Freigabe der Bohrung und schräg angeordneten Öffnung öffnet.According to the invention, this object is achieved by an injection device of fuel and / or oxygen in a metallurgical melting furnace, Arc furnace in particular solved which device a Supply line for fuel, a supply channel for fuel and at least one obliquely arranged bore for fuel, one Supply line for oxygen, a pressure chamber in which there is a stamp is located, at least one through hole, a deflection space for Oxygen, a supply channel for oxygen, a chamber with at least an obliquely arranged opening, an outlet nozzle, an axial Piston rod with a closure part, a support element, for. B. a socket, a compensation chamber containing an elastic means, a Relief port connected to a cylinder, one Supply line for cooling water, a water-cooled tract and one Has discharge line for cooling water, which over the Feed line inflowing oxygen the outlet nozzle self-controlled by pressure on the stamp, movement of the axial Piston rod and the closure part in the direction of the relief opening and so that opening of the hole and diagonally arranged opening opens.
Die Erzielung einer größtmöglichen Einsparung an Schutzgas zum Freihalten der Austrittsdüse der Vorrichtung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß nur in den Schmelzphasen, wenn Sauerstoff benötigt wird, die Austrittsdüse durch den einströmenden Sauerstoff eigenmediumgesteuert geöffnet wird. Damit ist es vorteilhaft möglich, im Erdgas/Sauerstoff-Betrieb außerhalb der Austrittsdüse eine Flamme auszubilden, die einen auf die Verbrennungsleistung bezogenen Impulsstrom von 4 bis 20 N/MW, vorzugsweise 6 bis 15 N/MW, erzeugt. Durch die Erfindung sind ferner günstige Voraussetzungen geschaffen worden, daß der Außendurchmesser der Vorrichtung klein dimensioniert werden kann.Achieving the greatest possible savings in protective gas to keep it free the outlet nozzle of the device is achieved according to the invention in that the outlet nozzle only in the melting phases when oxygen is required is opened by the inflowing oxygen in a medium-controlled manner. This makes it advantageously possible to operate outside of the natural gas / oxygen mode Outlet nozzle to form a flame that hits the Combustion power related pulse current from 4 to 20 N / MW, preferably 6 to 15 N / MW. The invention also favorable conditions have been created that the outer diameter the device can be made small.
Durch eine erfindungsgemäße Anordnung und Dimensionierung der Austrittsdüse mit einem Querschnittsverhältnis der Brennstoffbohrung zu der Sauerstofföffnung im Bereich von 0,45 bis 0,7 und insbesondere bei einem Wert von ca. 0,59 wird vorteilhaft erreicht, daß das Verbrennungsverhältnis in Abhängigkeit von Sauerstoffgehalt im Ofen zwischen 0,9 bis 2,0 eingestellt werden kann, so daß im gesamten Regelbereich eine stabile Flamme entsteht.By an arrangement and dimensioning of the Outlet nozzle with a cross-sectional ratio of the fuel bore to the Oxygen opening in the range of 0.45 to 0.7, and especially one A value of approximately 0.59 is advantageously achieved in that the combustion ratio in Depending on the oxygen content in the furnace set between 0.9 to 2.0 can be so that a stable flame arises in the entire control range.
Es ist vorgesehen, daß die Austrittsdüse aus Kupfer besteht.It is envisaged that the outlet nozzle consists of copper.
Erfindungsgemäß wird für das Verschlußteil ein hochtemperaturfester Werkstoff wie hochtemperaturfester Stahl, vorzugsweise eine Nickel- Basislegierung, wie lnconel, verwendet.According to the invention for the closure part is a high temperature resistant Material such as high temperature resistant steel, preferably a nickel Base alloy such as Inconel used.
Nach der Erfindung erweist es sich bei einem metallurgischen Schmelzofen, insbesondere Lichtbogenofen mit mindestens einer Elektrode, als vorteilhaft, mindestens eine Vorrichtung zur Eindüsung von Brennstoff und/oder Sauerstoff, insbesondere nach Anspruch 1, im Bereich des Heißgaskrümmers in der Wand des Schmelzofens mit einem Neigungswinkel von ca. 30° zur Waagerechten nach unten und tangential in den Raum zwischen der Elektrode und der Wand des Schmelzofens anzuordnen.According to the invention, it proves to be in a metallurgical melting furnace, in particular an arc furnace with at least one electrode, which is advantageous, at least one device for injecting fuel and / or Oxygen, in particular according to claim 1, in the area of the hot gas manifold in the furnace wall with an angle of inclination of approx. 30 ° to the Horizontal down and tangential in the space between the electrode and the wall of the furnace.
Besonders vorteilhaft ist es erfindungsgemäß, bei einem metallurgischen Schmelzofen zwei Vorrichtungen zur Eindüsung von Brennstoff und/oder Sauerstoff unterhalb des Heißgaskrümmers so anzuordnen, daß mit überlagerter Sauerstoff-Strömungsabdeckung der Hauptabgasstrom durchmischt wird.It is particularly advantageous according to the invention in the case of a metallurgical one Melting furnace two devices for the injection of fuel and / or Arrange oxygen below the hot gas manifold so that with superimposed oxygen flow cover the main exhaust flow is mixed.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Nachverbrennung von Produkten aus unvollkommener Verbrennung in einem metallurgischen Schmelzofen, insbesondere Lichtbogenofen mit mindestens einer Elektrode, mit mindestens einem Brennstoff/Sauerstoff-Brenner, gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß im Brennerbetrieb ein Brennstoff/Sauerstoff- Impulsstrom kleiner 45 N und/oder im reinen Sauerstoffbetrieb ein Sauerstoff- Impulsstrom kleiner 90 N eingestellt wird. Durch den maximalen Brennstoff/Sauerstoff-Impulsstrom von 45 N wird eine Gefährdung der benachbarten wassergekühlten Ofenpanel ausgeschlossen. Das erfindungsgemäße Verfahren verringert den Verbrauch an elektrischer Energie und erhöht gleichzeitig die Schmelzleistung des Lichtbogenofens, wobei die im Ofen aus unvollkommener Verbrennung entstandenen Komponenten nahezu vollständig verbrannt werden.The task is further accomplished by a method of afterburning Products from imperfect combustion in a metallurgical Melting furnace, in particular arc furnace with at least one electrode, with at least one fuel / oxygen burner, which thereby is characterized in that a fuel / oxygen Pulse current less than 45 N and / or in pure oxygen mode an oxygen Pulse current less than 90 N is set. By the maximum Fuel / oxygen pulse current of 45 N will endanger the neighboring water-cooled oven panel excluded. The The inventive method reduces the consumption of electrical energy and at the same time increases the melting capacity of the arc furnace, the in Furnace from imperfect combustion almost created components be completely burned.
Insbesondere durch eine entsprechende Dimensionierung der Austrittsdüse wird eine auf den Querschnitt bezogene Impulsstromdichte von 0,8 bis 8,0 N/cm2, vorzugsweise 1,1 bis 6,0 N/cm2, erzielt. Vorteilhaft wird so im reinen Sauerstoff- Betrieb ein maximaler Sauerstoff-Impulsstrom von 90 N erzeugt und damit eine Gefährdung der benachbarten wassergekühlten Ofenpanel vermieden.In particular by appropriate dimensioning of the outlet nozzle, a pulse current density of 0.8 to 8.0 N / cm 2 , preferably 1.1 to 6.0 N / cm 2 , based on the cross section, is achieved. A maximum oxygen pulse current of 90 N is thus advantageously generated in pure oxygen operation and thus a risk to the neighboring water-cooled furnace panel is avoided.
Gemäß der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, daß die Strömungsverhältnisse der Brennstoff-/Sauerstoff-Flamme und des in den Schmelzofen eingedüsten Sauerstoffstrahls durch das Verfahrens und die Vorrichtung sich nicht verändern und somit entscheidend eine wirtschaftliche Nachverbrennung ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist es, daß nach einer Ausführung der Erfindung die Richtung des Brennstoff/Sauerstoff-Impulsstroms und/oder Sauerstoff-Impulsstroms entgegengesetzt zur Richtung des Bewegungsimpulses der Hauptabgasströmung eingestellt wird. Erfindungsgemäß werden Brennstoff, vorzugsweise Erdgas, und/oder Sauerstoff im Bereich des Heißgaskrümmers durch die Ofenwand mit einem Neigungswinkel von 30° zur Waagerechten nach unten und tangential in den Raum zwischen Elektroden und Ofenwand eingeleitet. Dies dient vorteilhaft dazu, daß der Brennstoff/Sauerstoff-Impulsstrom mit maximal 45 N und der Sauerstoff-Impulsstrom mit maximal 90 N entgegengesetzt zum Bewegungsimpuls der Haupt-Abgasströmung wirkt. Dadurch wird eine gute Durchmischung der Abgase mit dem freien Sauerstoff erzielt wird, was zu einer nahezu vollständigen Nachverbrennung führt.According to the invention, it proves advantageous that the Flow conditions of the fuel / oxygen flame and in the Oxygen jet injected through the process and the furnace The device does not change and is therefore an economical one Allow afterburning. It is particularly advantageous that after a Implementation of the invention the direction of the fuel / oxygen pulse flow and / or pulse oxygen flow opposite to the direction of the Movement pulse of the main exhaust gas flow is set. According to the invention, fuel, preferably natural gas, and / or Oxygen in the area of the hot gas manifold through the furnace wall with a Inclination angle of 30 ° to the horizontal downwards and tangentially in the Space between electrodes and furnace wall introduced. This is advantageous that the fuel / oxygen pulse current with a maximum of 45 N and the Oxygen pulse current with a maximum of 90 N opposite to Movement impulse of the main exhaust gas flow acts. This will be a good one Mixing of the exhaust gases with the free oxygen is achieved, resulting in a almost complete afterburning.
Durch die Erfindung wird ferner vorteilhaft erreicht, daß in Phasen des Schmelzprozesses, in denen kein Sauerstoff benötigt wird, die Austrittsdüse nahezu verschlossen bleibt und nur geringe Schutzgasmengen zum Freihalten der Austrittsdüse der Vorrichtung zur Eindüsung von kleiner oder gleich 20 m3/h erforderlich werden.The invention also advantageously achieves that, in phases of the melting process in which no oxygen is required, the outlet nozzle remains almost closed and only small amounts of protective gas are required to keep the outlet nozzle free of the device for the injection of less than or equal to 20 m 3 / h.
Gemäß der Erfindung wird im Brennstoff/Sauerstoff-Betrieb ein Verbrennungsverhältnis von 0,9 bis 2,0 eingestellt, so daß in einem Lichtbogenofen ein beschleunigtes Schrotteinschmelzen und Freibrennen einer Schneise in das Schrotthaufwerk in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt gewährleistet werden kann. Freier Sauerstoff kann so in das Schrotthaufwerk geblasen und die erzeugte Energie aus der Nachverbrennung an den Schrott übertragen werden. Erfindungsgemäß beginnen das Einschmelzen des Einsatzes in einem Lichtbogenofen mittels der Elektrode und das Schneiden einer Schneise mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichzeitig.According to the invention, a fuel / oxygen mode is used Combustion ratio set from 0.9 to 2.0, so that in one Arc furnace an accelerated scrap melting and free burning one Aisle in the scrap heap depending on the oxygen content can be guaranteed. Free oxygen can get into the scrap heap blown and the energy generated from the post-combustion to the scrap be transmitted. According to the invention, the melting of Use in an electric arc furnace by means of the electrode and cutting a swath using the device according to the invention at the same time.
Erfindungsgemäß wird die Vorrichtung nach dem Freibrennen der Schneise als reine Sauerstoff-Lanze betrieben. Dies ermöglicht eine wirtschaftliche Nachverbrennung mit niedrigen spezifischen Sauerstoffverbräuchen bei gleichzeitiger Schonung der benachbarten wassergekühlten Ofenpanel.According to the invention, the device after the free burning of the aisle pure oxygen lance operated. This enables an economical Afterburning with low specific oxygen consumption simultaneous protection of the neighboring water-cooled oven panel.
Es liegt im Sinne der Erfindung, das Verbrennungsverhältnis zwischen Brennstoff, vorzugsweise Erdgas, und Sauerstoff sowie die Sauerstoff- Durchsatzmengen in Abhängigkeit von der Abgasanalyse zu regeln. It is within the meaning of the invention, the combustion ratio between Fuel, preferably natural gas, and oxygen and the oxygen To regulate flow rates depending on the exhaust gas analysis.
Es ist vorgesehen, Erdgas als Brennstoff für die Vorrichtung und/oder das Verfahren nach der Erfindung zu verwenden.It is intended to use natural gas as fuel for the device and / or that Use method according to the invention.
Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren und/oder Vorrichtung für einen Einschmelzprozeß von Roheisen, Metalllegierungen und/oder Metallschmelzen eingesetzt.The method and / or device according to the invention is advantageous for a melting process of pig iron, metal alloys and / or Metal melts used.
Ferner wird die Vorrichtung und/oder das Verfahren im Sinne der Erfindung für die Nachverbrennung von Produkten aus einer unvollkommenen Verbrennung, insbesondere Kohlenmonoxid, in metallurgischen Schmelzöfen verwendet.Furthermore, the device and / or the method in the sense of the invention for the post-combustion of products from imperfect combustion, especially carbon monoxide, used in metallurgical furnaces.
Der Einsatz ist jedoch nicht auf metallurgische Schmelzöfen beschränkt. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Nachverbrennung von Produkten aus einer unvollkommenen Verbrennung, insbesondere Kohlenmonoxid, in anderen Hochtemperaturprozessen, z. B. bei einer Müllverbrennung, insbesondere Sondermüllverbrennung, verwendet werden.However, its use is not limited to metallurgical melting furnaces. Rather, the device according to the invention for the afterburning of Imperfect combustion products, in particular Carbon monoxide, in other high temperature processes, e.g. B. at a Waste incineration, in particular hazardous waste incineration, can be used.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und einer Zeichnung (Figur) beispielhaft näher erläutert werden.The invention is based on an embodiment and one Drawing (figure) are explained in more detail by way of example.
Die Fig zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Eindüsen von Erdgas und/oder Sauerstoff in geöffneter Stellung.The figure shows a section through a device for injecting natural gas and / or oxygen in the open position.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Eindüsung von Erdgas und/oder Sauerstoff besteht aus einer Zuführungsleitung für Erdgas 1, einem Zuführungskanal für Erdgas 2, und mindestens einer schräg angeordneten Bohrung für Erdgas 3, einer Zuführungsleitung für Sauerstoff 4, einer Druckkammer 5, in der sich ein Stempel 6 befindet, mindestens einer Durchtrittsbohrung 7, einem Umlenkraum für Sauerstoff 8, einem Zuführungskanal für Sauerstoff 9, einer Kammer 10, mit mindestens einer schräg angeordneten Öffnung für Sauerstoff 11, einer Austrittsdüse 12, einer axialen Kolbenstange 13 mit einem Verschlußteil 14, einer Buchse 15 zur Lagerung und Führung der axialen Kolbenstange 13, einer Ausgleichskammer 16, die eine Feder 17 enthält, eine Entlastungsöffnung 18, die mit einem Kurzhubzylinder 19 in Verbindung steht, einer Zuführungsleitung für Kühlwasser 20, einem wassergekühlten Trakt 21 und einer Abführungsleitung für Kühlwasser 22.The device according to the invention for injecting natural gas and / or oxygen consists of a supply line for natural gas 1 , a supply channel for natural gas 2 , and at least one obliquely arranged bore for natural gas 3 , a supply line for oxygen 4 , a pressure chamber 5 , in which there is a stamp 6 is located, at least one through hole 7 , a deflection chamber for oxygen 8 , a supply channel for oxygen 9 , a chamber 10 , with at least one obliquely arranged opening for oxygen 11 , an outlet nozzle 12 , an axial piston rod 13 with a closure part 14 , a bushing 15 for storing and guiding the axial piston rod 13 , a compensation chamber 16 , which contains a spring 17 , a relief opening 18 , which is connected to a short-stroke cylinder 19 , a supply line for cooling water 20 , a water-cooled tract 21 and a discharge line for cooling water 22 .
Der über die Zuführungsleitung 4 zugeführte Sauerstoff gelangt in die Druckkammer 5, dabei wird der Stempel 6 in die Ausgleichskammer 16 gedrückt, so daß die Durchtrittsbohrung 7 frei wird. Gleichzeitig bewegt sich das Verschlußteil 14, das über der axialen Kolbenstange 13 mit dem Stempel 6 verbunden ist, in Richtung Kurzhubzylinder 19. Dadurch werden in der Kammer 10 die Öffnung 11 für Sauerstoff und die Bohrung 3 für das Erdgas freigegeben (geöffnete Stellung).The oxygen supplied via the feed line 4 reaches the pressure chamber 5 , the plunger 6 being pressed into the compensation chamber 16 , so that the through hole 7 is cleared. At the same time, the closure part 14 , which is connected to the plunger 6 via the axial piston rod 13, moves in the direction of the short-stroke cylinder 19 . As a result, the opening 11 for oxygen and the bore 3 for the natural gas are opened in the chamber 10 (open position).
Der Sauerstoff strömt durch die Druckkammer 5, anschließend durch die Durchtrittsbohrung 7 in den Umlenkraum 8 und weiter durch den Zuführungskanal 9 über die Öffnung 11 in die Kammer 10 und weiter über die Austrittsdüse 12 in den Ofen.The oxygen flows through the pressure chamber 5 , then through the through hole 7 into the deflection space 8 and further through the feed channel 9 via the opening 11 into the chamber 10 and further via the outlet nozzle 12 into the furnace.
Das über die Zuführungsleitung 1 zugeführte Erdgas gelangt über den Zuführungskanal 2 in die Bohrung 3 und bildet mit dem Sauerstoff außerhalb der Austrittsdüse 12 eine Flamme, die einen auf die Verbrennungsleistung bezogenen Impulsstrom von 4 bis 20 N/MW erzeugt.The natural gas supplied via the feed line 1 reaches the bore 3 via the feed channel 2 and forms a flame with the oxygen outside the outlet nozzle 12 , which generates a pulse current of 4 to 20 N / MW based on the combustion power.
Das Querschnittsverhältnis der Öffnung 11 zu der Bohrung 3 liegt in einem Bereich von 0,45 bis 0,7. Damit werden stabile Flammen bei Verbrennungsverhältnissen zwischen 0,9 bis 2,0 erreicht. Im Brennbetrieb wird ein maximaler Erdgas/Sauerstoff-Impulsstrom von 45 N erzeugt, so daß eine Gefährdung der benachbarten wassergekühlten Ofenpanel ausgeschlossen wird.The cross-sectional ratio of the opening 11 to the bore 3 is in a range from 0.45 to 0.7. This ensures stable flames with combustion conditions between 0.9 and 2.0. A maximum natural gas / oxygen pulse current of 45 N is generated in the firing mode, so that there is no danger to the neighboring water-cooled furnace panel.
Im Sauerstoff-Betrieb der Vorrichtung wird eine auf den Querschnitt der Austrittsdüse 12 bezogene Impulsstromdichte von 0,8 bis 8,0 N/cm3 erzeugt, wobei der max. Sauerstoff-Impulsstrom von 90 N nicht überschritten wird. In the oxygen mode of the device, a pulse current density of 0.8 to 8.0 N / cm 3 , based on the cross section of the outlet nozzle 12 , is generated, the max. Oxygen pulse current of 90 N is not exceeded.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Eindüsung von Erdgas und/oder Sauerstoff kann bei höchsten Ofentemperaturen eingesetzt werden, da die Austrittsdüse 12 mit einem wassergekühlten Trakt 21 umgeben ist, wobei das Kühlwasser über die Zuführungsleitung 20 zuströmt und über die Abführungsleitung 22 abströmt.The device according to the invention for the injection of natural gas and / or oxygen can be used at the highest furnace temperatures, since the outlet nozzle 12 is surrounded by a water-cooled tract 21 , the cooling water flowing in via the feed line 20 and flowing out via the discharge line 22 .
Die zuvor beschriebene Vorrichtung wurde in einem Lichtbogenofen, beispielsweise bei einem Verfahren zur Nachverbrennung von Produkten aus unvollkommener Verbrennung, eingesetzt.The device described above was in an arc furnace, for example in a process for the post-combustion of products imperfect combustion.
Zwei Vorrichtungen wurden im Bereich des Heißgaskrümmers in der Ofenwand mit einem Neigungswinkel von 30° zur Waagerechten nach unten und tangential in den Raum zwischen der Elektrode und der Ofenwand angeordnet, so daß die Hauptabgasströmung mit überlagerter Sauerstoff- Strömungsabdeckung erfaßt wird. Die Vorrichtungen werden in der Anfangsphase des Einschmelzens als Brennstoff/Sauerstoff-Brenner betrieben. Die Verbrennungsleistung je Vorrichtung wird entsprechend der Schrottverhältnisse zwischen 1,0 bis 2,5 MW vorgegeben. Das Verbrennungsverhältnis wird in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt im Ofen zwischen 0,9 bis 2,0 eingestellt. Nach Einsturz der Schrottsäule wird die Erdgaszufuhr abgestellt und Sauerstoff-Einblasraten in Anpassung an den Sauerstoffgehalt im Abgas zwischen 13 bis 30 m3/min eingestellt. Dies entspricht spezifischen Sauerstoffverbräuchen von 4 bis 8 m3/tfl.Two devices were placed in the area of the hot gas manifold in the furnace wall with an angle of inclination of 30 ° to the horizontal downwards and tangentially into the space between the electrode and the furnace wall, so that the main exhaust gas flow is covered with a superimposed oxygen flow cover. The devices are operated in the initial phase of melting as a fuel / oxygen burner. The combustion output per device is specified according to the scrap ratios between 1.0 and 2.5 MW. The combustion ratio is set between 0.9 and 2.0 depending on the oxygen content in the furnace. After the scrap column has collapsed, the natural gas supply is shut off and oxygen injection rates are adjusted to between 13 and 30 m 3 / min to match the oxygen content in the exhaust gas. This corresponds to specific oxygen consumption of 4 to 8 m 3 / tfl.
Für einen bestimmten, relativ kurzen Zeitraum, typisch wenige Sekunden, wird die gesamte Gaszufuhr (Erdgas- und Sauerstoffzufuhr) unterbrochen, so daß das Verschlußteil 14 sich in Richtung Austrittsdüse 12 bewegt und in der Kammer 10 eventuell anhaftende Verunreinigungen aus der Kammer 10 rausdrückt.For a certain, relatively short period of time, typically a few seconds, the entire gas supply (natural gas and oxygen supply) is interrupted, so that the closure part 14 moves in the direction of the outlet nozzle 12 and pushes out any contaminants that may be adhering to the chamber 10 from the chamber 10 .
In Schmelzphasen, in denen sich keine unverbrannten Komponenten im Abgas befinden, werden nur sehr geringe Mengen Sauerstoff über die Vorrichtung geleitet, so daß die Austrittsdüsen 12 der Vorrichtungen mittels des Verschlußteiles 14 nahezu vollständig verschlossen werden. In diesen Phasen werden die Vorrichtungen zum Freihalten der Austrittsdüse 12 mit kleiner oder gleich 20 m3 Sauerstoff pro Stunde und Vorrichtung beaufschlagt.In melting phases in which there are no unburned components in the exhaust gas, only very small amounts of oxygen are passed over the device, so that the outlet nozzles 12 of the devices are almost completely closed by means of the closure part 14 . In these phases, the devices for keeping the outlet nozzle 12 free are supplied with less than or equal to 20 m 3 of oxygen per hour and device.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Nachverbrennung von Produkten aus unvollkommener Verbrennung werden Nachverbrennungswirkungsgrade von größer oder gleich 85% erzielt, wobei ein Einsparpotential an elektrischer Energie pro m3 Sauerstoff von größer oder gleich 2,5 kWh erreicht wird.In the method according to the invention for the afterburning of products from imperfect combustion, afterburning efficiencies of greater than or equal to 85% are achieved, with a saving potential of electrical energy per m 3 oxygen of greater than or equal to 2.5 kWh being achieved.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem entsprechenden Verfahren werden gegenüber den Vorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik die Vorteile einer zusätzlichen Einsparung an elektrischer Energie durch höhere Nachverbrennungswirkungsgrade und einer Einsparung von Schutzgasmengen und damit Senkung der Betriebskosten erzielt. Die Anlagensicherheit wird erhöht, da Verpuffungen und Explosionen im Abgastrakt vermieden werden und es ergibt sich der Vorteil konstanterer Leistungsdaten des Lichtbogenofens, da die Austrittsdüse 12 nicht verunreinigt wird und somit konstante Strömungsverhältnisse erreicht werden.With the device according to the invention and the corresponding method, compared to the devices and methods according to the prior art, the advantages of an additional saving in electrical energy through higher post-combustion efficiencies and a saving in protective gas quantities and thus a reduction in operating costs are achieved. The plant safety is increased since deflagrations and explosions in the exhaust gas tract are avoided and there is the advantage of more constant performance data of the arc furnace, since the outlet nozzle 12 is not contaminated and thus constant flow conditions are achieved.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: AIR LIQUIDE DEUTSCHLAND GMBH, 47805 KREFELD, DE |
|
| 8131 | Rejection |